23. Расчет толщины пароизоляционного слоя ограждающих конструкций.

Так как из выражения

(3.13) w2 = (pg — рпм)/Нgе и этот поток должен проходить через все ограждение, то w2 = (рн —

рпм)/Н'н, где Н'н - сопротивление ограждения паропроницанию, при котором зоны конденсации не

будет. Тогда

Н'н = (рн — рпм)/ w2 = ((рн — рпм)/(pg — рпм))/Нgе (3.14)

Если сопротивление паропроницанию ограждения, в котором выявлена зона конденсации, имеет

величину Нн, то необходимое сопротивление пароизоляционного слоя Н п будет Нп = Н'н — Нн

Толщина пароизоляциоиного слоя при коэффициенте паропроницаемости выбранного материала

μп окажется равной δп = μп Нп. Величину Нп можно определить и графическим построением на

диаграмме р — Н (рис. 3.7). Для этого касательная ge должна быть продолжена влево до

пересечения с линией постоянного давления рн в точке k.

24. Требования к изоляционным конструкциям, касающееся обеспечения их экономичности. Выбор оптимального коэффициента теплопередачи изолированного ограждения.

Изоляционная конструкция должна быть экономичной. Это не значит быть просто дешевой,

хотя последнее и имеет большое значение из-за высокой доли стоимости изоляции в сумме общих

затрат на холодильное сооружение. Через наружные ограждения в охлаждаемые помещения во

многих случаях поступает не менее половины всех теплопритоков. Уменьшить проникновение

теплоты через ограждение можно, как известно, увеличением толщины слоя теплоизоляционного

материала. Однако неразумно увеличивать ее беспредельно. При некоторой толщине ограждения

или, что то же, при некотором коэффициенте теплопередачи приведенные затраты на ограждение

окажутся минимальными, что позволяет найти значение оптимального коэффициента

теплопередачи, соответствующего этому минимуму.

Если обозначить через Зпр сумму приведенных годовых затрат в руб., отнесенных к 1 м3

изолированного ограждения, то она будет равна

Зnp = S + EнK, (3.19)

где 5 - годовые эксплуатационные затраты; К — капитальные затраты на изоляционную

конструкцию; Ен — нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат.

Эксплуатационные затраты, связанные с теплоизоляционными конструкциями, S = А + Е + U, где

А - амортизационные отчисления от стоимости изоляции; Е - энергетические затраты на покрытие

теплопритоков через изоляцию; U — стоимость продуктов, потерянных из-за усушки, вызванной

проникновением теплоты через изолированное ограждение. Все члены зависимости (3.19)

являются функцией от толщины теплоизоляционного слоя 6ИЗ или от коэффициента

теплопередачи ограждения kн. Причем члены, связанные с капитальными затратами (А + ЕнК),

возрастают с увеличением δиз (или с уменьшением kн), а затраты энергии и потери от усушки

имеют противоположную тенденцию.

.Оптимальная толщина изоляции, соответствующая минимальным приведенным затратам, может

быть найдена, если приравнять нулю производную Зпр по δиз, т. е. dЗnp/d δиз = 0, что дает

возможность найти.(δиз)опт или kн опт. Определение kн. опт может быть проведено и графически, как

это показано на рис. 3.10. Нужно сказать, что кривая Зпр — f(kн) имеет довольно пологий

(расплывчатый) минимум, вследствие чего существенные отклонения от kн опт (на 20—30%)

приводят к отклонению от Зпр мин не более чем на 5—10%. СНиП 105—74 установлены

нормативные значения kн для наружных стен охлаждаемых помещений (табл. 3.6), несколько

большие, чем оптимальные.__

Для помещений с различной температурой надо

создавать ограждения с одинаково экономичной изоляцией. Это может быть обеспечено тогда,

когда через каждое наружное ограждение независимо от температуры внутри помещения будет

проходить тепловой поток с одинаковой плотностью. Для камер холодильников данным,

приведенным в табл. 3.6, соответствует оптимальная плотность теплового потока 10—12 Вт/м2.

Для транспортных и мелких установок это значение может быть повышено до 16— 18 Вт/м2. При

низких температурах (до —100° С) численное значение оптимального теплового потока

повышается, достигая для небольших установок 20 Вт/м2.

Коэффициенты теплопередачи покрытий охлаждаемых помещений с отрицательными

температурами принимаются меньше, чем наружных стен, на 7—10%, а для помещений с

положительными температурами - на 15 - 25%, учитывая заметное увеличение теплового потока

от действия солнечной радиации.

Билет №31 Теплоустойчивость ограждений. Теплоусвоение и массивность ограждения.

Теплоустойчивость есть свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры на внутренней поверхности при колебаниях плотности теплового потока. В холодильных сооружениях допустимые колебания температуры на внутренней поверхности пока не нормируются, но надо полагать, что они не должны быть больше допускаемых колебаний температуры внутри охлаждаемых помещений, т. е. ±0,5 К.

Обычно рассмотрение свойства теплоустойчивости ограждений ведут, предполагая, что колебания температуры наружного воздуха являются простыми гармоническими колебаниями. Если происходит синусоидальное изменение наружной температуры tн то плотность теплового потока q через ограждение будет изменяться также по синусоиде и с тем же периодом Т часов (рис. 3.8). Средняя плотность теплового потока qm = ((tн)m - tпм)где (tн)m — среднее значение наружной температуры за период времени Т.

Поскольку амплитуда колебаний плотности теплового потока Аq, то изменение плотности теплового потока происходит от qm — Аq до qm + Аq. Изменение температуры наружной поверхности ограждения от среднего значения (t’н)m при амплитуде A’t будет осуществляться с тем же периодом Т, но запаздывать по времени на r часов.

Для однородной стенки (рис. 3.9) величина отклонения температуры t в любом сечении х ограждения от средней температуры tmx в этом же сечении в момент времени τ составляет для затухающих гармонических колебаний
Θx = tx - tmx = A't exp { - x [w/(2a)]0,5} cos {wτ - x [w/(2a)]0,5} (3.15) где w = 2п/Т — частота колебаний; а — коэффициент температуропроводности материала ограждения.

Рис. 3.8. Гармонические колебания теплового потока, проходящего через ограждение, и температуры наружной поверхности ограждения

коэффициентом теплоусвоения поверхности ограждения [Вт/(м2-К)], т. е. s = Aq/A’t или s=(2πλcρоб/T) ^0,5.
Коэффициент теплоусвоения представляет собой максимальное изменение плотности теплового потока, вызывающее колебания температуры на поверхности в 1 К. Для ограждения из однородного материала, при достаточной толщине стенки, теплоусвоение оказывается физической характеристикой стенки и оценивается коэффициентом теплоусвоения материала. Он также характеризует способность материала более или менее воспринимать теплоту при колебаниях температуры на его поверхности.

ν = exp((δ/λ)(2πλcρo6/T)0,5/20,5], или ν = exp(Rs/20,5). (3.17)
Теперь в показатель степени входит произведение термического сопротивления слоя материала на коэффициент теплоусвоения этого материала. Эту безразмерную величину D = Rs называют характеристикой тепловой инерции (массивности) ограждения, выполненного из данного материала. Как видно из выражения (3.17), она является мерой интенсивности затухания колебаний температуры внутри однородного ограждения.

Ограждение считается легким, если D < 4, средним — при

D — 4-7 и массивным — при D > 7.

Билет № 33 Требования к изоляционным конструкциям, касающихся обеспечения необходимого перепада между температурой поверхности и температурой окружающего воздуха. Определение коэффициента теплопередачи ограждения из условия не выпадения влаги на поверхность. Определение толщины слоя теплоизоляции.

Изоляционная конструкция ограждения должна обеспечить необходимый перепад между температурой поверхности и температурой окружающего воздуха. Этот температурный перепад определяется или технологическими требованиями, или необходимостью воспрепятствовать конденсации влаги на поверхности ограждения.

Для стационарного теплового потока, если задана разность температур в охлаждаемом помещении t'пм - tпm коэффициент теплопередачи ограждения равен
k = αпм(t'пм - tпm)/ (tн - tпm) (3.20)

В действительности, тепловой поток нестационарен из-за колебаний температуры tн, что будет вызывать, в свою очередь, колебания температуры поверхностей t'н и t'пм - Амплитуда колебаний этих температур зависит от массивности ограждений. Для учета нестационарности режима в уравнение (3.20) вводится множитель 1/m, характеризующий массивность ограждений. Тогда уравнение для коэффициента теплопередачи примет окончательный вид

k = αпм (t'пм - tпм)/(tн - tпм) m]. (3.20a)
Для массивных ограждений m = 1,00; для ограждений средней массивности m = 1,10; для легких ограждений m — 1,15.
Чтобы не допустить конденсацию пара из воздуха на поверхности ограждения, разделяющего два помещения с температурами t1 и t2 (пусть t1 > t2), нужно, чтобы температура поверхности t'1 была выше температуры точки росы tpl воздуха в помещении 1 при его влажности φ1 т. е.
t'1> tpl (3.21)
Тогда k = α1 (t1 — t'1)/(t1 — t2) m или k < α1 (t1 — tpl)/(t1— t2)m. С учетом коэффициента запаса, обеспечивающего выполнение неравенства (3.21), коэффициент теплопередачи ограждения
k = 0,95 α1 (t1 — tpl)/(t1— t2)m (3.22)
По условию недопущения конденсации пара на поверхности, обращенной в теплое помещение, должен определяться коэффициент теплопередачи внутренних помещений (перегородок, междуэтажных перекрытий). Нормативные значения коэффициентов теплопередачи внутренних ограждений приведены в табл. 3.8.

На недопущение конденсации влаги па поверхности стены со стороны камеры приходится проверять в некоторых случаях и наружные ограждения камер с отрицательными температурами при летних расчетных условиях и камер с положительными температурами при зимних расчетных условиях. При расчете коэффициента теплопередачи принимаются значения коэффициентов теплоотдачи αпм, равные 6—7 Вт/(м2-К).

где, Σ(δi/λi) — сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, кроме слоя теплоизоляционного материала; δиз и λиз — толщина слоя и коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала в конструкции ограждения.
Из формулы (3.23) находится выражение для определения толщины слоя δиз (м) теплоизоляционного материала

δиз = λиз (1/k - (1/αн+ Σ(δi/λi) + 1/ αпм )) (3.24)
Действительная толщина теплоизоляционного слоя при применении штучных материалов получается округлением найденного размера до величины, кратной стандартной толщине выпускаемых изделий. Теплоизоляцию следует выполнять по меньшей мере из двух слоев плит или блоков для того, чтобы при производстве теплоизоляционных работ можно было перекрывать швы (стыки) первого слоя материала плитами или блоками второго слоя.
Условиям недопущения конденсации пара из воздуха на наружной поверхности должна отвечать также изоляция аппаратов и холодных трубопроводов. Во избежание образования влаги на поверхности.

Билет №34 Требования к изоляционным конструкциям, касающихся обеспечения непрерывности слоя тепло- и пароизоляции. Расчет теплоизоляции тепловых мостиков. Этажерочные строительные конструкции, сборные панельные конструкции и конструкции типа «сэндвич».

Билет №35 Изоляционные конструкции стен, перекрытий, покрытий, перегородок, аппаратов и трубопроводов.

Билет №36Требования к изоляционным конструкциям, касающиеся необходимости восполнить в них недостающие свойства теплоизоляционных материалов

3. Изоляционная конструкция должна обеспечить непрерывность как теплоизоляционного, так и пароизоляционного слоев по всей поверхности охлаждаемого сооружения. При наличии одиночного охлаждаемого помещения это условие легко выполняется путем укладки изоляции по внутренней поверхности ограждений. Чтобы обеспечить непрерывность изоляции при большом количестве охлаждаемых помещений и в многоэтажных сооружениях, приходится прибегать к специальным строительным конструкциям.

При обычных строительных конструкциях промышленных многоэтажных зданий непрерывность изоляционного слоя будет нарушаться междуэтажными перекрытиями и внутренними стенами. В этом случае в изолированном ограждении образуются места с меньшим термическим сопротивлением слоя теплоизоляционного материала. Такие места называются тепловыми мастиками. В тепловых мостиках происходит концентрация плотности потока, вследствие чего в этих местах теплопритоки увеличиваются непропорционально площади мостиков. Но значительно больший вред приносят тепловые мостики тем, что они являются очагами увлажнения изоляционной конструкции. Можно воспрепятствовать вредному влиянию тепловых мостиков путем выполнения возле них изолированных панелей или так называемых фартуков. Для определения длины фартука С, достаточной для устранения вредных последствий от наличия теплового мостика можно считать, что сопротивление передаче теплоты вдоль мостика, покрытого фартуком, должно равняться термическому сопротивлению основного теплоизоляционного слоя, т. е. δиз/λиз = С/ λм, откуда

(3.28) С = δиз λм / λиз

где λм - коэффициент теплопроводности материала теплового мостика.
Так как коэффициент теплопроводности строительных материалов значительно больше

коэффициента теплопроводности изоляционных материалов, то длина фартука оказывается равной 1,0-1,5м. Толщина изоляционного слоя фартука δф берется обычно 1/2δиз. Устройство фартука влечет за собой повышенный расход теплоизоляционных материалов, появление уступа на полу помещения и уменьшение полезного объема помещения. По этим причинам оно может выполняться лишь при невозможности осуществления более рациональных конструкций.

При строительстве многоэтажных холодильников для создания непрерывного изоляционного слоя применяются специальные строительные конструкции, называемые этажерочными. Такая конструкция представляет собой монолитную или сборную железобетонную этажерку, у которой колонны выполняют функцию стоек, а междуэтажные перекрытия - полок. Вся нагрузка от уложенных грузов передается через перекрытия на колонны, В такой конструкции наружные стены испытывают нагрузку только от собственной массы, т. е. являются самонесущими и защищают изоляционный слой от механических повреждений и атмосферных осадков.

Этажерочные конструкции применяются в двух основных вариантах: с пристенными колоннами и с консольными перекрытиями. Обе конструкции позволяют создать непрерывный слой теплоизоляции и пароизоляции . Как видно, непрерывность изоляционного слоя в этих случаях нарушается только по колоннам. Поэтому, когда колонны проходят через слой тепловой изоляции, их приходится изолировать (снизу или сверху - в зависимости от того, где проходит теплоизоляционный слой) фартуками. достоинства варианта с консольными перекрытиями, заключающиеся в том, что облегчается выполнение изоляционного слоя (отсутствуют трудности с укладкой изоляции за колоннами), а также наблюдение за состоянием изоляции и ее ремонт; упрощается изготовление и монтаж охлаждающих приборов .

В наиболее распространенных изоляционных конструкциях при применении штучных теплоизоляционных материалов теплоизоляционный слой защищается наружной стеной , выполняемой из кирпича или железобетона и т. п.. Выравнивающий слой штукатурки накладывается на стену для сглаживания неровностей внутренней поверхности кладки, так как наносить битумный слой и наклеивать пароизоляционные материалы (слой 3) следует только на ровную поверхность. Со стороны охлаждаемого: помещения слой тепловой изоляции покрывается штукатуркой . Изоляционная конструкция должна быть достаточно надежной и прочной.

Современные одноэтажные холодильники имеют наружный каркас или внутренний, состоящий из стальных колони и балок или ферм. К колоннам крепятся изолированные шитые панели , а на балки укладываются потолочные панели . Изолированные многослойные панели типа "сэндвич" имеют наружную и внутреннюю оболочки из стального или алюминиевого листа толщиной 0,8-1,0 мм и заполнены пенополиуретаном 11, имеющим коэффициент теплопроводности 0,019-0,020 Вт/(м·К). Панели выполняются шириной 1,2-1,5м и длиной до 24 м. Они могут монтироваться или горизонтально (как показано на рисунке), или вертикально, как это делается при строительстве одноэтажных высотных холодильников.

Предметом особых забот должно быть обеспечение непрерывности тепловой и влажностной защиты холодных трубопроводов и аппаратов, так как опасность увлажнения теплоизоляционного материала здесь особенно велика в связи с тем, что металлическая труба является абсолютно непроницаемым пароизоляционным слоем с холодной стороны. Изолируемую поверхность трубы тщательно очищают и покрывают слоем битума 1 для защиты ее от коррозии и для приклеивания теплоизоляционного материала 2 На последний слой теплоизоляции наклеивают пароизоляционную бумагу или наносят слой холодной битумной мастаки 4. По бумаге или при нанесении мастики по теплоизоляционному материалу трубопровод обматывают мягкой стальной проволокой 3 по спирали, после чего покрывают проволочной сеткой 5, на которую наносят штукатурку 6 (асбестоцементную). Высохшую штукатурку очень целесообразно оклеить (или обмотать) мешковиной 7 и окрасить масляной краской 8. Так же тщательно должны быть закрыты торцы изоляции в местах присоединения труб к аппаратам или фасонным частям. Защиту изоляции трубопроводов, проходящих вне помещений, следует выполнять особенно тщательно; иногда для этой цели применяют металлические кожухи.

Изоляционная конструкция должна по возможности восполнять недостающие качества теплоизоляционного материала.

При рассмотрении свойств теплоизоляционных материалов указывалось, что материалов, полностью удовлетворяющих веем предъявляемым к ним требованиям, не существует. Поэтому часто приходится применять материалы, наиболее доступные, даже в том случае, если они обладают и нежелательными свойствами. В таком случае изоляционной конструкции должны быть предусмотрены элементы, позволяющие уменьшить влияние этих свойств материалов на работу изоляционной конструкции. Можно показать применение этого положения на некоторых примерах.

Иногда приходится применять сгораемые или неогнестойкие материалы. Для уменьшения возможных вредных последствий от пожара изоляции изоляционный слой разбивается на отсеки при помощи горизонтальных и вертикальных противопожарных поясов шириной 500 мм из несгораемых изоляционных материалов, например из асбовермикулитовых или перлитогелевых плит.

В случае возникновения пожара огонь локализуется в пределах одного отсека и не сможет распространиться дальше по изоляционному слою. Обычно максимальная площадь отсека для сгораемых материалов не должна превышать 500 м2, для трудносгораемых - 1000 м2.

Некоторые теплоизоляционные материалы имеют недостаточную механическую прочность, и на них нельзя передавать нагрузку того или иного вида. В этом случае в изоляционной конструкции должны быть предусмотрены силовые (разгрузочные) элементы, которые примут на себя вес груза или другую нагрузку.

Некоторые теплоизоляционные материалы, особенно органического происхождения, разрушаются грызунами. В этом случае следует предусматривать в конструкциях элементы, которые препятствуют доступу грызунов в изоляцию. Например, по внутренней поверхности теплоизоляции стен (со стороны охлаждаемого помещения) на высоту до 70 см от пола укладывают стальную сетку с ячейками 10 X 10 мм или слой стеклянной ваты (10- 20 мм толщиной).

На некоторых зарубежных холодильных установках применяют систему постоянного осушения изоляции в процессе ее эксплуатации при недостаточно хорошем слое пароизоляции или при невозможности по тем или иным причинам выполнить слой пароизоляции необходимой толщины. В этой системе парциальное давление водяного пара у холодной поверхности ограждения понижается ниже давления водяного пара в воздухе охлаждаемого помещения; таким путем можно добиться, чтобы линия давления пара рх (например, на рис. 3.5, а), выходя из точки d, шла с таким увеличенным наклоном, который обеспечил бы ее расположение во всем ограждении ниже линии давления насыщенного пара р ̋х. Достигается это тем, что у внутренней поверхности всех ограждений в изоляции прокладываются каналы с окнами (при изоляции ограждений плитами теплоизоляционного материала выдалбливают желобки в самих плитах), по которым циркулирует осушенный воздух, поглощающий влагу из изоляции. Для осушения воздух из каналов направляют в воздухоохладитель, где он охлаждается, а влага из него выпадает в виде инея на поверхности воздухоохладителя; если же такое осушение не позволяет достичь необходимой сухости воздуха, воздух пропускают через химические осушители, в которых влага поглощается адсорбентами. Подобный метод может применяться и для сушки (восстановления) увлажненной изоляции при ее ремонте.